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Automotive
Ethernet
Automotive Ethernet spielt eine besonders wichtige Rolle in heutigen Fahrzeugen, da diese riesige Datenmengen zur Implementierung von Fahrerassistenzsystemen (FAS), On-Board-Diagnosesystemen, Kameras und Sensoren, Infotainment-Systemen und intelligenten Sicherheitssystemen erzeugen sowie übertragen. Diese fahrzeuginternen Netzwerke benötigen wesentlich höhere Geschwindigkeiten als jene, die bisher mit Bus-Netzwerken wie CAN/CAN-FD, LIN, FlexRay, SENT, PSI5, und CXPI möglich waren.
Darüber hinaus führen die Anforderungen an eine verstärkte Integration der Fahrzeugsubsysteme zu grundlegenden strukturellen Veränderungen, wobei das Hauptaugenmerk auf skalierbaren Architekturen und komplexeren Topologien liegt, darunter über ein Backbone verbundene Gateways.
Abgesehen von den technischen Anforderungen müssen diese fahrzeuginternen Netzwerke auch leicht, kostengünstig und für den Betrieb unter rauen Bedingungen und großen Temperaturunterschieden geeignet sein. Darüber hinaus müssen sie vor allem bei Systemen, welche die Sicherheit der Fahrzeuginsassen schützen sollen, äußerst zuverlässig sein.
Und Automotive Ethernet erfüllt alle diese Anforderungen.
Was ist Automotive Ethernet?
Automotive Ethernet ist ein Netzwerk mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Latenzzeit. Es basiert auf etablierten Ethernet-Standards, die für den Einsatz in Fahrzeugen angepasst wurden. Dazu wird ein einziges Paar ungeschirmter, verdrillter Kabel verwendet, was zu geringem Gewicht und niedrigen Kosten führt. Es wurde entwickelt, um die Übertragung großer Datenmengen zwischen den fahrzeuginternen Modulen zu ermöglichen und moderne Antriebs-, ADAS-, Infotainment- und Komfortsysteme zu unterstützen. Verschiedene Automotive-Ethernet-Standards wie 100BASE-T1, 1000BASE-T1 und das Multi-Gig-Automotive-Ethernet 10GBASE-T1 können Daten mit Geschwindigkeiten von 100 Mb/s bis 10 Gb/s übertragen.
Vorteile von Automotive Ethernet
In Fahrzeugen bieten Automotive-Ethernet-Komponenten viele Vorteile, einschließlich:
- Hohe Datenübertragungsraten ermöglichen Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation in großem Umfang
- Geringe Latenzzeit bietet minimale Verzögerung für Echtzeitsysteme wie ADAS
- Hohe Zuverlässigkeit mit guter Rauschimmunität
- Leichte, platzsparende und kostengünstige Verkabelung
- Basiert auf etablierten Standards von renommierten Normungsgremien
Außerdem ist Automotive Ethernet eine bewährte Technologie, die sowohl den Anforderungen an die Kapazität als auch an die Integration gerecht wird. Anders als bei herkömmlichem Ethernet verwenden die Kabel für Automotive-Ethernet PAM3/PAM4-Modulation, um hohe Datenraten und Zuverlässigkeit zu erreichen. Während CAN, CAN-FD, LIN und andere Netzwerke in naher Zukunft weiterhin relevant sein werden, kann Automotive Ethernet Daten etwa 100-mal schneller als ein CAN-Bus transportieren und ist besser geeignet, die Anforderungen zukünftiger Automobilnetzwerke zu erfüllen.
Standards für Automotive Ethernet
Mit der Entstehung neuer Anwendungen für Automotive Ethernet und in Anbetracht immer höherer Geschwindigkeiten geben Normungsorganisationen neue Prüf- und Anforderungskataloge heraus, die Automobilhersteller und ihre Zulieferer erfüllen müssen.
Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat Standards für IP-basiertes Automotive Ethernet 100BASE-T1 (P802.3bw), für Multi-Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3ch), 1000BASE-T1 (802..3bp) und 10BASE-T1S (IEEE 802.3cg) eingeführt. Erst kürzlich hat das IEEE den Multi-Gigabit-Ethernet-Standard (IEEE 802.3ch) eingeführt, der einen Betrieb mit 2,5 Gbps, 5 Gbps und 10 Gbps mit dem PAM4-Kodierungsschema ermöglicht.
Um die Kompatibilität der Hardware und einen vorhersagbaren Fahrzeugbetrieb in einer Vielzahl von Umgebungen und unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu gewährleisten, werden strenge Anforderungen an Signalpegel, Rauschen und Taktcharakteristik gestellt. Obwohl die in den Normen spezifizierten Prüfverfahren sich für die Überprüfung von stationären Ethernet-Netzwerken bereits seit langem bewährt haben, stellen sie Ingenieure aus dem Automotive-Bereich entwurfsmäßig vor neue Herausforderungen, da der Schwerpunkt hier bisher auf langsamen seriellen Bussen wie CAN und LIN lag.
Tektronix verfügt über umfassende Erfahrung dabei, Kunden bei Implementierung und Fehlerbehebung für serielle Hochgeschwindigkeits-Designs zu unterstützen und bietet hierfür vielfältige Geräte und Lösungen an, die Ingenieuren bei der Prüfung und Validierung ihres Designs helfen und dessen Konformität mit den einschlägigen Normen sicherstellen.
Validierung Ihres Automotive-Ethernet-Designs
Sobald der Prototyp eines Gerätes aufgebaut wurde, ist es an der Zeit, seine Integration in das System zu testen und zu charakterisieren, um sicherzustellen, dass es im Rahmen der Spezifikation liegt.
Die Tektronix-Oszilloskope sind für die Charakterisierung Ihres Automotive-Ethernet-Designs ein unschätzbares Werkzeug.
- Vollständige Charakterisierung in verschiedenen Anwendungsfällen mit fortschrittlichen Mess- und Analysewerkzeugen
- Automatisierte Messungen, wie Amplituden- und Zeitmessungen, sowie statistische Analysen und Histogramme sind für die Prüfung der Signalqualität ein guter Ausgangspunkt.
- Augendiagramme sind das schnellste Mittel zur Evaluierung von PAM3-Signalen auf Rausch- und Signalintegritätsprobleme hin.
- Jitter-Analyse-Tools liefern vollständige Profile des Master/Slave-Takt-Jitters, einschließlich des Zeitintervallfehlers (TIE) und Cycle-to-Cycle-, Rj/Dj-Messungen, und isolieren die potenzielle Fehlerquelle.
Augendiagramme sind das beste Mittel zur Betrachtung von komplexen PAM3-Wellenformen.
Schnelles Debugging und Fehlersuche Ihres Automotive-Ethernet-Designs
Es ist zu erwarten, dass Fehler in komplexen Netzwerksystemen oder einzelnen Komponenten ein schnelles Debugging der Fehlerursache erforderlich machen. Die höheren Daten- und Taktraten im Automotive Ethernet reagieren empfindlich auf Rauschen und Leistungsschwankungen.
Ingenieure sind mit der Evaluierung von Kurvenverläufen als Teil ihrer Herangehensweise in der Fehlersuche bestens vertraut und empfinden das Debugging von PAM3-Signalen oftmals als schwierig. Da es sich bei Automotive Ethernet um einen bidirektionalen Bus handelt, kann die Erfassung des gewünschte Signals schwieriger sein.
Tektronix-Oszilloskope, die mit einer Analysesoftware konfiguriert sind, bieten die Werkzeuge, die für eine schnelle und effektive Fehlersuche bei Nichteinhaltung von Spezifikationen erforderlich ist.
- TIE und Histogramme zur Fehlerbehebung bei Problemen mit der Taktrückgewinnung
- Augendiagramme zur schnellen Auswertung von PAM3-Signalen
- Erweiterte Jitter-Analyse zur Identifizierung von Rauschquellen durch die Bestimmung des zufälligen und deterministischen Jitters.
- Erweiterte Trigger-Funktionalität
- FFT-Analyse zur Isolierung von Störquellen
Die Fehlersuche von komplexen Systemen erfordert Mehrkanalmessungen und leistungsfähige Signalintegritätswerkzeuge, wie FFTs und Jitter-Analysen.
Automatisierte Tests wie Leistungsdichtemessung bestätigen die Einhaltung der Norm, indem die Ergebnisse mit den Testgrenzen vergleichen werden.
Verschaffen Sie sich Sicherheit, dass Ihre Designs normgerecht sind
Mit der zunehmenden Integration von Subsystemen in vernetzte Umgebungen müssen Ingenieure nachprüfbare, objektive Nachweise liefern, dass jedes Gerät kompatibel ist und ein einzelnes Steuergerät (ECU) zuverlässig mit jedem anderen Steuergerät kommunizieren kann. Die Anforderungen erstrecken sich auch auf ESD- und EMV/EMI-Prüfungen.
Die Einführung von komplexeren, schnellen seriellen Mbps- und Gbps-Technologien ist jedoch schwerer zu überprüfen.
Tektronix ist seit vielen Jahren im Bereich der Hochgeschwindigkeits-Konformitätsprüfung involviert und bringt dieses Wissen auch in die Erprobung neuer Technologien im Automobilbereich ein. Konformitätsprüfungen unterstützen sowohl 100BASE-T1 (802.3bpTM) als auch BroadR-Reach oder 100BASE-T1 (802.3bwTM). Die neueste Konformitätsprüfung ist für Multi-Gigabit-Ethernet (IEEE 802.3ch) und 10BASE-T1S (802.3cg) konzipiert. Alle halten die von der OPEN Alliance definierten Prüfanforderungen ein. Tektronix Oszilloskope und Spektrum-/Signalanalysatoren können auch für ESD- und EMV-Prüfungen eingesetzt werden.
Einführung in die Signaltrennung für Automotive Ethernet-Prüfungen
Die Signalcharakterisierung und der Protokolltest von Automotive-Ethernet können vom Entwurf über die Validierung bis hin zur Wartung eine Herausforderung darstellen. Die Anzeige tatsächlicher Daten zwischen ECU#1 und ECU#2, die Bewertung der Signalintegrität im Vollduplex-Modus und die Untersuchung von Protokolldaten auf Systemebene ohne Bruch des Automotive-Ethernet-Kabels verursachen zusätzliche Testkomplikationen, Zeit und Kosten. Die einzigartige, zum Patent angemeldete Signaltrennungslösung von Tektronix überwindet die Unzulänglichkeiten der aktuellen Angebote auf dem Markt und ermöglicht es den Kunden:
- Den Datenverkehr von ECU#1 und ECU#2 im Vollduplex-Modus zu trennen, ohne Kabel durchtrennen oder Hardware-Änderungen am Automative-Ethernet-Kabel vornehmen zu müssen
- Gleichzeitige Anzeige von ECU#1- und ECU#2-Protokolldekodierungsdaten
- Protokolldekodierung im Vollduplex-Modus durchführen
- Einführung in Automotive Ethernet PAM3 und Signaltrennung
- Automotive Ethernet: Erkennen des echten Signals
Automotive-Ethernet-Prüflösungen
Zum Prüfen eines Automotive-Ethernet-Designs sind häufig ein Automotive Oszilloskop, geeignete Tastköpfe, eine Signalquelle, Software sowie geeignete Prüfvorrichtungen erforderlich. Um Ihren Anforderungen gerecht zu werden, bietet Tektronix ein umfassendes Sortiment an Testlösungen für Signalqualität und Konformität.
| Automotive Ethernet-Prüfung | Oszilloskop | Software | Tastköpfe | Signalquelle | Fixture |
|---|---|---|---|---|---|
| Prüfung der Signalqualität (Signaltrennung, Protokoll-Dekodierung, Signalqualität und Fehlersuche) |
  |
Option 5/6 -AUTOEN-SS: Signaltrennung Option 5/6 -PAM3 (Automotive Ethernet-Signalanalyse) Option 5/6 -SRAUTOEN1 (Dekodierung des 100BASE-T1-Protokolls) Opt. 5/6 -DJA (Jitter-Analyse) |
|
ECU-abhängig Informationen erhalten Sie bei Tektronix |
|
| Open Alliance/IEEE PMA-Tx-Konformitätsprüfung |
|
Option 5/6-CMAUTOEN10 (10BASE-T1S-Konformität) |
|
AFG31000-Serie (Rückflussdämpfung) | TF-XGBT |
| Option 5/6-CMAUTOEN (100BASE-T1/1000BASE-T1-Konformität) |
|
AFG31000- oder AWG5200-Serie (Verzerrung und Rückflussdämpfung) | TF-XGBT, TF-BRR-CFD | ||
 |
Option BRR (100BASE-T1/1000BASE-T1-Konformität) |
|
AFG31000- oder AWG5200-Serie (Verzerrung und Rückflussdämpfung) | TF-XGBT, TF-BRR-CFD | |
 |
Option AUTOEN10G (Multi-Gigabit-Ethernet-Konformität) |
|
n. v. | PCB S3401 SB 396373*1 |
Die Software für automatisierte Tests kann auf einem neuen Gerät installiert, zu einem vorhandenen Gerät hinzugefügt oder von mehreren Oszilloskopen der gleichen Serie gemeinsam genutzt werden. Weitere Informationen erhalten Sie bei Tektronix.
Ressourcen für Automotive Ethernet
Dieser Anwendungshinweis beschreibt Möglichkeiten zur Trennung der Vollduplex-Automotive-Ethernet-Kommunikation.
Eine Übersicht über die Trends, Herausforderungen und Lösungen im Zusammenhang mit bordeigenen Netzwerken, insbesondere Validierung und Konformitätsprüfungen.
Dieses Webinar gibt Ihnen Einblicke in die neuen Messanforderungen für die aktuelle Konformitätsprüfung für automotives Multi-Gigabit-Ethernet (10Gbps).
Erfahren Sie, wie die automatisierte Anwendung von Tek Sie bei Konformitätsprüfungen für automotives Multi-Gigabit-Ethernet (IEEE802.3ch) unterstützen kann.
Volkswagen plant, die Anzahl der Steuergeräte (ECUs) in Fahrzeugen von 70 auf drei zu reduzieren. In diesem Blog diskutiert das Tek-Team, welche Auswirkungen dies auf die Durchführung von Prüfungen für Automobilhersteller und Zulieferer haben wird.
Geräte für Automotive-Ethernet-Prüfungen
MSO (Mixed-Signal-Oszilloskope) der Serie 5
- Automotive Ethernet-Compliance-Paket automatisiert Tests nach Industriestandards
- Integrierte Augendiagramme und optionale Jitter-Analyse helfen bei der Validierung der Signalintegrität
- 350 MHz bis 2 GHz
- Bis zu acht Eingangskanäle
- 15,6“ HD-Touchscreen mit Unterstützung von Zweifingergesten für einen größeren Analysebereich
MSO (Mixed-Signal-Oszilloskop) der Serie 6 B
- Automotive Ethernet-Compliance-Paket automatisiert Tests nach Industriestandards
- Integrierte Augendiagramme und optionale Jitter-Analyse helfen bei der Validierung der Signalintegrität
- Herausragende Rauschleistung, besonders bei hoher Empfindlichkeit
- 15,6“ HD-Touchscreen mit Unterstützung von Zweifingergesten
ATI-Hochleistungsoszilloskop DPO70000SX
- Das ATI-Hochleistungsoszilloskop DPO70000SX bietet die branchenweit genaueste Erfassung des Signalverhaltens im Hochgeschwindigkeitsbereich, um Ihre Designs der nächsten Generation zu überprüfen, zu validieren und zu charakterisieren.
- Unterstützung für zahlreiche Standards, darunter MIPI, DisplayPort, HDMI, PCIe Gen3/Gen4/Gen5, SATA/SAS, USB 3.1, Typ C und 10/100BaseT bis 10G/100G Ethernet
Stehen Sie vor Herausforderungen in weiteren Connected Car Anwendungen?
Automotive Ethernet FAQs
Warum wird Ethernet in der Automobilindustrie eingesetzt?
Da die Fahrzeuge von heute mehr Daten als je zuvor übertragen, sind höhere Geschwindigkeiten, eine stärkere Integration von Teilsystemen und komplexere Topologien als in der Vergangenheit erforderlich. Automotive Ethernet erfüllt diese technischen Anforderungen und ist gleichzeitig kosteneffizient und leichtgewichtig und kann den rauen Bedingungen in Fahrzeugen standhalten.
Was ist die Zukunft der Netzwerke in der Automobilindustrie?
Mit On-Board-Diagnose, Kameras, Sensoren und fortschrittlichen Fahrerassistenz-, Infotainment- und intelligenten Sicherheitssystemen werden Fahrzeuge auch in Zukunft immer mehr Daten benötigen. Diese müssen schneller und zuverlässiger als je zuvor übertragen werden. Demnach entwickelt sich Automotive Ethernet zum Netzwerk der Wahl für die Autos der Zukunft.
Wofür wird Automotive-Ethernet verwendet?
Automotive Ethernet ist eine Form des Ethernet-Netzwerkstandards, der für die Verbindung von Untersystemen und Komponenten über eine ungeschirmte verdrillte Zweidrahtleitung (UTP) innerhalb eines Fahrzeugs verwendet wird. Es wurde entwickelt, um den Anforderungen des Automobilmarktes gerecht zu werden, einschließlich der Erfüllung elektrischer Anforderungen ( inklusive EMI/RFI-Emissionen), Bandbreitenanforderungen, Latenzanforderungen und Synchronisationsanforderungen.
Was ist der Unterschied zwischen Automotive Ethernet und Ethernet?
Die Unterschiede zwischen Ethernet und Automotive Ethernet liegen in der physikalischen Schicht, die für den Einsatz in Fahrzeugen optimiert wurde: Die Phy-Transceiver und Kabel sind so angepasst, dass sie kostengünstigere Single-Twisted-Pair- und Vollduplex-Kommunikation statt Dual-Twisted-Pair verwenden.
Wie hoch ist die Geschwindigkeit von Automotive Ethernet?
10Base-T1S ist ein 10 MB/s Automotive Ethernet, das im IEEE802.cg-Standard beschrieben ist.
100Base-T1 ist ein 100 MB/s-Ethernet-Standard, der im IEEE802.3bw-Standard beschrieben ist.
1000Base-T1 ist ein 1 GB/s Automotive Ethernet, das in IEEE802.3bp beschrieben wird. IEEE 802.3ch für drei Datenraten: 2,5GBase-T1 mit 2,5 GB/s, 5GBase-T1 mit 5 GB/s und 10GBase-T1 mit 10 GB/s.
In der Zukunft, IEEE 802.3cy, 25 und 50 GB/s